Name: laser-heating and radiance spectrometry for the study of nuclear materials in conditions simulating a nuclear power plant accident
Uploaded: 2017-12-14T12:30:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident at JoVE.com

저자는 그것의 기관 연구 프로그램에서 현재 연구 자금에 대 한 유럽 위원회에 게 빚을. 또한, 제시 연구 EC 6번째 통해 융자 되었다 F-브리지 프로젝트 및 7번째 FP는 안전한 아래와 부드러운 프로젝트에서 프레임 워크 프로그램.

<ol>
	<li>Manara, D., Ronchi, C., Sheindlin, M., Lewis, M., Brykin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melting+of+stoichiometric+and+hyperstoichiometric+uranium+dioxide.">Melting of stoichiometric and hyperstoichiometric uranium dioxide.</a> J. Nucl. Mater. 342, 148-163 (2005).</li><li>Manara, D., Sheindlin, M., Heinz, W., Ronchi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+techniques+for+high-temperature+melting+measurements+in+volatile+refractory+materials+via+laser+surface+heating.">New techniques for high-temperature melting measurements in volatile refractory materials via laser surface heating.</a> Review of Scientific Instruments. 79, 113901-113908 (2008).</li><li>De Bruycker, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reassessing+the+melting+temperature+of+PuO2.">Reassessing the melting temperature of PuO2.</a> Materials Today. 13, 52-55 (2010).</li><li>Kato, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solidus+and+liquidus+temperatures+in+the+UO2-PuO2+system.">Solidus and liquidus temperatures in the UO2-PuO2 system.</a> J. Nucl. Mater. 373, 237-245 (2008).</li><li>DeWitt, D. P., Richmond, J. C., DeWitt, D. P., Nutter, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+radiative+properties+of+materials.">Thermal radiative properties of materials.</a> Theory and practice of radiation thermometry. , (1988).</li><li>Neuer, G., Fiessler, L., Groll, M., Schreiber, E., Schooley, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+analysis+of+the+different+methods+of+multiwavelength+pyrometry.">Critical analysis of the different methods of multiwavelength pyrometry.</a> Temperature: its measurement and control in science and industry, vol. 6. , 787-789 (1992).</li><li>Jacquemain, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nuclear Power Reactor Core Melt Accidents. State of Knowledge. , 1835-1838 (2015).</li><li>Manara, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ZrC-C+eutectic+structure+and+melting+behaviour:+A+high-temperature+radiance+spectroscopy+study.">The ZrC-C eutectic structure and melting behaviour: A high-temperature radiance spectroscopy study.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 33, 1349-1361 (2013).</li><li>Manara, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+melting+behaviour+of+calcium+monoxide+under+different+atmospheres:+A+laser+heating+study.">On the melting behaviour of calcium monoxide under different atmospheres: A laser heating study.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 34, 1623-1636 (2014).</li><li>Welland, M. J., Thompson, W. T., Lewis, B. J., Manara, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+simulations+of+non-congruent+melting+of+hyperstoichiometric+uranium+dioxide.">Computer simulations of non-congruent melting of hyperstoichiometric uranium dioxide.</a> J. Nucl. Mater. 385, 358-363 (2009).</li><li>Olander, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+Fuels-+Present+and+future.">Nuclear Fuels- Present and future.</a> J. Nucl. Mater. 389, 1-22 (2009).</li><li>De Bruycker, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+melting+behaviour+of+plutonium+dioxide:+A+laser-heating+study.">The melting behaviour of plutonium dioxide: A laser-heating study.</a> J. Nucl. Mater. 416, 166-172 (2011).</li><li>Manara, D., Boboridis, K., Morel, S., De Bruycker, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+UC2-x+-+Carbon+eutectic:+A+laser+heating+study.">The UC2-x - Carbon eutectic: A laser heating study.</a> J. Nucl. Mater. 466, 393-401 (2015).</li><li>Barrachin, M., Chevalier, P. Y., Cheynet, B., Fischer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+modelling+of+the+U-O-Zr+phase+diagram+in+the+hyper-stoichiometric+region+and+consequences+for+the+fuel+rod+liquefaction+in+oxidising+conditions.">New modelling of the U-O-Zr phase diagram in the hyper-stoichiometric region and consequences for the fuel rod liquefaction in oxidising conditions.</a> J. Nucl. Mater. 375, 397-409 (2008).</li><li>Gu&#233;neau, C., Chartier, A., Van Brutzel, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamic+and+thermophysical+properties+of+the+actinide+oxides.">Thermodynamic and thermophysical properties of the actinide oxides.</a> Comp Nucl Mater. 2, 21-59 (2012).</li><li>Preston-Thomas, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+International+Temperature+Scale+of+1991+(ITS-90).">The International Temperature Scale of 1991 (ITS-90).</a> Metrologia. 27, 3-10 (1990).</li><li>Preston-Thomas, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Erratum:+The+International+Temperature+Scale+of+1990+(ITS-90).">Erratum: The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90).</a> Metrologia. 27, 107 (1990).</li><li>Bedford, R. E., Bonnier, G., Maas, H., Pavese, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recommended+values+of+temperature+on+the+International+Temperature+Scale+of+1990+for+a+selected+set+of+secondary+reference+points.">Recommended values of temperature on the International Temperature Scale of 1990 for a selected set of secondary reference points.</a> Metrologia. 33, 133-154 (1996).</li></ol>

저자는 공개 없다.

여기에 제시 된 레이저 열 방사선 분광학 기술은 내 화 재료15, 16의 매우 높은 온도 녹는 행동의 조사에 대 한 혁신적이 고 효과적인 방법으로 인식 된다. 원격 및 거의 컨테이너 없는 자연, 덕분에 여기에 제시 된 예제 결과 같이 특히 방사성 핵 물질의 실험 연구와 안전성에 코어 붕괴 사고의 시뮬레이션에 적합입니다.
평가 실험 데이터는 현재 방법으로 얻은, 하는 동안 하나 의심 상전이 실험 점의 정확한 임무에 대해 주의 해야 한다. 사실, 매우 높은 온도에서 소재 속도 매우 빠르고, 수 그리고 합동 비 증발, 분리, 화합물 분리, 등 여러 제어 하기 어려운 현상 발생할 수 있습니다. (유도) 같은 전통적인 난방 방법으로 비교에서 알 수 있듯이, 이러한 현상의 가능한 발생 빠른 난방 및 냉각 현재 같은 기법을 사용 하 여 정당화. 다른 한편으로, 의심 열역학 평형 조건 현재 난방 조건에서의 효과적인 안정화에 대 한 발생할 수 있습니다. 절차 섹션에 설명 된 대로 이러한 조건 열 사이클의 빠른 레이저 난방 부분에서 보장할 수 없습니다. 그러나, 열역학 평형 조건은 확실히 냉각 단계에서 생산 됩니다. 이 문은 현재 실험 시뮬레이션 컴퓨터 코드의 도움으로 확인 되었고 평형 근처 질량 및 로컬 위상 전환11의 열 확산에 따라. 그럼에도 불구 하 고, 조건을 확인 해야 합니다 항상 크로스-실험적으로, 일반적으로 잘 평가 측정 하 여 열역학적 평형 단계 참조로 취할 수 있는 화합물에 전환 온도. 이것은 용융/응고 점의 W, Mo (199017,,1819의 국제 온도 눈금에 보조 참조 온도 권장), UO2, 현재 작업에서 실현 그리고 ZrC C 융9. 이러한 기준점 측정 정확도 현재 접근의 불확실성 평가 필요 이기도 합니다.
극단적인 조건 및 레이저-난방 실험에서 생산 하는 현상, 정확한 불확실성 분석은 생산 데이터의 유용성에 대 한 최고 이다. 성공 측정 캠페인에 대 한 현재 위상 전환 온도 데이터에 영향을 미치는 누적 불확실성 ± 1 %의 2 표준 편차 범위 요소 (95% 신뢰)와 절대 온도에 도달 해야 한다. 이러한 불확실성 밴드 어디, 예를 들어 비 합동 증발 변경 될 수 있습니다 실제 샘플 구성 통제 방법으로 실험 하는 동안 복잡 한 물질에 대 한 더 큰 수 있습니다. 이러한 불확실성 오류 교정 절차, NSE 결정, 샘플 안정성 (즉, 반복성, 연속 레이저 샷, 실험 단계 전환 온도 이상), 등 계정에 소요 됩니다. 용융/냉동 PuO 포인트2 에 대 한 불확실성 분석의 예는 표 1에 보고 됩니다. 다양 한 불확실성 기여는 독립적이 고 오류 전파 법3결합으로 여겨질 수 있다.
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807table1.jpg"> 
표 1: 용융/냉동 PuO 포인트2 에 대 한 불확실성 분석의 예 (참조13). 의미와 c2 의 가치는 방정식 1에 코멘트와 함께 소개 섹션에 보고 됩니다. Δελ ελ 에 대 한 회색 체 가정 내에서 실험 빛 스펙트럼을 피팅 하 여 얻은 실험 평균값 주위 두 개의 표준 편차에 대 한 여기 의미 합니다. ΔTc , δTd 각각 두 개의 표준 편차 평균 표준 램프 외삽된 온도 곡선 및 평균 실험적인 응고 온도 값을 나타냅니다.
일부 개선 현재 실험적인 접근에 만들 수 있습니다. 특히, 복잡 한 파이프 시스템을 통해 질량 분석기와 압력 용기를 연결 하면 검출, 적어도 품질로, 뜨거운 물질에 의해 발표 증기 깃털에 있는 종의 있습니다. 또한, 온도 카메라의 구현 이다 예견 온도 분포의 2 차원 연구에 대 한 뜨거운 샘플 표면에 가능한 이질성 및 분리 효과 탐지 하기 위해. 마지막으로, 현재 장비를 본따서 안전 시스템에서 개선 예견 됩니다. 사실, 여기에 사용 되는 현재 유리 야 글러브 박스는 높은 방사성 물질 우라늄, 그것은 효과적으로 α 방사선을 차단 한다는 사실 덕분에 초우라늄 요소 등의 연구에 대 한 적합 합니다. 그러나,이 방패 진짜 방사능된 핵 연료에 포함 된 핵 같은 강한 γ 방출의 수사를 위한 충분히 안전 하지 않습니다. 리드-벽으로 셀을 포함 하 여 새로운 시설 실제 안전성에서 오는 핵 연료의 연구에 대 한 예견 이다.

핵 분열은 유망한 대규모, 거의 무 진 장의 에너지 소스도 광범위 하 게 제시 된다, 비록 그것의 전체 공개 합격 여전히 일부 안전, 보안, 보호 위험에 의해 중단 됩니다. 실험 방법 제시이 작품은 원자력 발전소 (NPP) 코어 붕괴에 지도 하는 심각한 사고 (SAs)의 발생이이 위험 중 하나에 관련 된 몇 가지 기본적인 재료 과학 질문에 응답 목표로. 이것은 모두 사람들의 건강과 나라의 경제에 대 한 심각한 결과와 환경에서 높은 방사성 물질의 가능한 릴리스 될 수 있습니다. 이 종류의 주요 SAs 체르노빌 (전 소련, 1986), 그리고 후쿠시마 (일본, 2011)에서 3 마일 섬 (미국, 1979), 안전성에 세 번 발생 했습니다. 따라서, NPP SAs는 몇 가지 시설에 상당한 연구의 초점은 전세계, 포괄 많은 도전 현상 하 고 매우 높은 온도 (종종 초과 3000 K) 방사성 물질의 존재에 의해 복잡.
이 시나리오에서는 유럽 위원회1 최근 지시문 원자력 발전소의 수명 주기의 모든 단계에서 핵 안전에 게 우선 순위가 가장 높은 EU 국가 필요 합니다. 이 새로운 원자력 발전소의 건설 하기 전에 안전 평가 실시 하 고 또한 오래 된 원자로 대 한 중요 한 안전 증진을 포함 한다.
이러한 맥락에서 분위기 제어, 레이저-난방 및 빠른 빛 spectro pyrometry 시설2,,34 유럽 위원회의에서 구현 된 공동 연구 센터의 연구소 가장을 위한 실험실, 작은 규모에 NPP 코어 붕괴의 초우라늄 원소. 제한 된 샘플 크기 (일반적으로에 cm 및 0.1-g-스케일) 및 높은 효율성 및 레이저 난방,이 빠른 접근 허가 및 진짜 핵 물질에 효과 높은-온도 측정의 원격 자연, 플루토늄 및 미성년자 포함 악티늄족-포함 된 분열 연료 샘플입니다. 이 점에서 그리고 많은 양의 데이터에 관한 극단적인 조건 하에서 재료를 생산 하는 기능에, 현재 실험 방법은 독특한 것으로 세계적으로 인식 된다. 사실, 유도 열에 따라 다른 보완 조사 기법 샘플 자료 및 포함5간의 급속 한 고 열 상호 작용에서 고통을 보여왔다. 또한, 이러한 기술을 허용 주로 분석에 대 한 자료의 더 큰 금액을 필요 하는 경우 그들은 덜 높은 방사능 및 샘플의 한정 된 가용성 진짜 핵 물질의 조사에 대 한 현재의 방법 보다 적합.
(그림 1에서 도식화) 현재 실험에는 α 차폐 장갑 상자에 포함 된 제어 분위기 압력솥에는 샘플 4.5 kW CW nd: yag 레이저에 의해가 열 된다.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig1.jpg"> 
그림 1: 레이저-난방 및 빛남 spectro pyrometry 실험 설정 했다. 샘플 제어 분위기에서 가스-꽉 용기에 흑연 (또는 텅스텐 또는 몰 리브 덴) 나사로 고정 됩니다. 그림 왼쪽 아래 모서리에 있는 보고는 등 PuO2 디스크 흑연 나사 고정으로 표시 됩니다. 방사성 샘플 이면 배는 알파 꽉 장갑 상자 안에 거치 되어야 한다. 샘플 1,064에서 4.5 kW nd: yag 레이저에 의해가 열 된다 nm. 빠른 2 채널 고온 계는 녹음 샘플 온도 및 낮은 전력 아칸소+ 레이저에서 반사 신호는 데 사용 됩니다. 느린 다채널 spectro pyromenter는 제자리에서 뜨거운 샘플의 광학 특성의 분석을 위해 사용 됩니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
방사선 고온 계는 샘플 빛 L예측정. 이것은 전자파 전력 밀도 단위 표면, 파장, 및 주어진된 온도6샘플에서 방출 하는 입체각 이다. 그것은 수정 된 플랑크 기능을 통해 샘플 표면 온도 T에 연결:

<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/54807/54807equation1.jpg">
Lλ 복사 이다, ελ 스펙트럼 방사 율, c1 은 2· = h· c0 2 첫 번째 방사선 상수, c2 는 = h· c0/kB = 14,388 µm· K는 두 번째 방사선 상수, c0 는 진공에서 빛의 속도, h 는 플랑크 상수, 그리고 kB 볼츠만 상수 이다. 진짜 시체를 방출할 것 이다 사실의 계정에, 주어진된 파장 및 온도, 같은 온도에서 이상적인 흑 체에 의해 방출 된 전력의 크거나 일부만 스펙트럼 방사 걸립니다. 따라서, 0과 1에 해당 하는 Planck의 법률에 대 한 이상적인 흑 체 경우 파생 되었다 1 사이의 값을 걸립니다. 때문에 현재 작업 고온 계 항상 샘플 표면에 관하여 근처 일반 설정, ελ 의 각도 의존 고려 하지 않은, "방사"는 항상 정상적인 스펙트럼 방사 (NSE)를 참조 하십시오. NSE는 방정식을 통해 1과 L전 절대 온도 t.로 고온 계 교정 절차, 변환 하려면 결정 해야 합니다.
표준 램프에 대 한 보정 빠른 고온 계를 사용 하 여 견본 온도 감지까지 2500 K λ = 655 nm 및. 추가 256 채널 빛남 spectro-고온 계 간을 515 nm와 980 nm 샘플의 NSE (ελ)의 연구에 대 한 고용 했다. NSE의 결정은 공식 12, 3, T 와 되 고 두 개의 자유 매개 변수 ελ 열 방출 스펙트럼의 비 선형 적합을 완료 하 여 가능 합니다. 이 접근은 일반적으로는 NSE 수 추측 될 수 있다는 NPP에 현재와 같은 내 화 재료7 에서 수락 가능 하 게 정확 하 게 입증 되었습니다 광범위 한 스펙트럼 파장 독립적인 (회색 몸 가설). 일단 레이저가 열 샘플의 온도 올바르게 시간의 함수로 측정, 열 분석 결과 온도 시간 곡선 (열상)에 수행할 수 있습니다.굴절 또는 열 체포는 thermograms에서 상전이 (solidus, 액체, 및 등온 단계 변환)에 관련 된 정보를 제공 합니다. 또한, NSE 결정에 필요한 되 고, 게다가 래 디 언스 L전 뜨거운 샘플에서 방출의 직접 스펙트럼 분석 공부 표면의 일부 광 속성의 현장에서 연구도 허용 합니다. 이 고온 현상, 상전이, 압축된 자료와 가스 단계, 또는 분리 효과 사이 화학 반응 등의 식별에 대 한 또 다른 지원 도구를 구성합니다. 라는 추가 기술을 반영 빛 신호 (증후군) 분석2, 3 은 상전이 확인 하는 데 사용 됩니다. 그것은 낮은 전력 (1 승)를 조정 하는 고온 계의 두 번째 채널을 사용 하 여 실시 아칸소+ 레이저 (λ = 488 nm). 이 채널은 아칸소+ 구멍에서 발생 하는 레이저 광선을 감지 하 고 샘플 표면에 의해 반영. 무작위 진동 액체 샘플 표면에 표면 장력을 이용한 진동으로 용 해 후 나타나는 동안 일정 하지 불안 증후군 신호 단단한 표면, 나타냅니다.
일반적으로, 냉각된 원자로 고체 연료 요소를 사용 하 여, 현재 가장 일반적인 유형의 NPP, 소유 방사능8의 견제를 위해 4 개의 연속 장벽. 첫 번째 장벽이입니다 연료 펠 릿 자체, 그것의 결정 구조와 마이크로 거시적인 다공성 고체 핵분열 및 휘발성 것 들의 일부를 보유할 수 있습니다. 일반적으로, 전체 연료 요소는 두 번째 보호 단계 작동 Zircaloy (스틸) 금속 피복에 배치 됩니다. 실패는 피복의, 세 번째 장벽 전체 NPP 내부 그릇, 일반적으로 강철 벽은 몇 ㎝ 두께 (기본 시스템)에 의해 감 금입니다. 마지막으로, 제약 (m 두꺼운 콘크리트) 건물 환경에 릴리스 전에 마지막 안전 장벽입니다.
물 냉각 시스템의 실패, NPP SA 핵심 과열 및 붕괴에 지도, 장소를 걸릴 수 있습니다. 과열 처음 분열 열 예정 이다입니다. 그러나, 냉각의 부재, 과열 수 있습니다 또한 계속 분열 제품 및 다른 높은 방사성 종 핵 코어 파편에 포함 된 잔여 감퇴 열 핵 연쇄 반응을 종료 후. 일반적으로, 낮은 녹는 화합물 (아마도 eutectics) 연료와 클 래 딩 간의 인터페이스에 형성 하지 않는 한 코어 용융 연료 요소의 중앙 부분에서 시작 됩니다. 현재 연구의 첫 번째 목표 수립 여부 같은 낮은 녹는 화합물 실제 연료 클 래 딩 시스템에 형성 될 수 있다 그리고,이 경우에, 무슨 녹는 온도 우울증 인 것 이루어져 있다. 이 질문에 대답 하기 위해 순수 하 고 혼합 연료 화합물의 용 해 동작 해야 먼저 온전 하 게 부과, 따라서 현재 접근의 더욱 중요 한 목표를 구성 하는 있는. 연료와 피복 함께 녹아, 액체 질량 것입니다 급속 하 게 기본 그릇의 바닥에가 고 있는 경우 나머지 물과 증기, 강철 벽과 반응 시작. 이 단계에서 강철 수 또한 연료/피복 함께 녹아 있을 뜨거운 혼합물. 결과 용암 같은 액체 "진 피" 라고 합니다. 이 뜨거운, 높은 방사성 혼합물 강철 벽 통해 녹아 있다 고도 가장 외부 방 벽을 구성 하는 콘크리트와 반응 결국 기본 포함 외부 무마 수 있습니다. 높은 열과는 진 피에 종의 높은 반응 물 분리 및 수소의 생산 발생할 수 있습니다. 이 무거운 산화, 또는 진 피는의 (거의) 수 화 (cf. 3 마일 섬에 후쿠시마 SAs), 증기와 수소 폭발의 위험을 추가 될 수 있습니다 질량과 NPP 구조 재료. 현재 실험 방법은 분리 및 몇몇 이벤트의 설명된 순서에 관련 된 많은 복잡 한 물리 화학적 메커니즘의 실험적인 분석을 허용 한다. 언급 한 순수한 구성 요소 분석 및 연료 클 래 딩 상호 작용, 여러 높은 온도 사이 상호 작용 메커니즘 등 단순화 된 시스템에 조사 Pu 포함 된 연료와 연료와 콘크리트, 강철 녹는 외 등등. 진 피 형성 잠재적으로 다른 분위기 (불활성 가스, 공기, 수소 또는 증기의 흔적)의 공부 될 수 있다 SAs의 포괄적인 이해에 대 한 중요 한 참조 데이터를 생산.
현재 접근, 특히 높은 용융 재료의 실험실 조사 적합도 다른, 더 많은 혁신적인 유형의 핵 연료 (기준, 예를 들어 우라늄 탄 화물 이나 질 화물)의 성공적인 분석에 대 한 고용 되었다, 기타 내 화 화합물, 지르코늄9, 탄탈륨, 하프늄 탄 화물, 금속 합금, 산화 칼슘10, 등등.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1498">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="142">
			<td height="142" style="height:142px;width:299px;">Two-channel fast pyrometer</td>
			<td style="width:281px;">Assembled privately</td>
			<td style="width:421px;"></td>
			<td style="width:497px;">Fast pyrometer. Photodiode detectors at 650 nm and 488 nm, assembled with focussing objective and fast logarithmic amplifier.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Laser TRUMPF HLD4506, TRUMPF,&#160;</td>
			<td style="width:281px;">TRUMPF Schramberg, Germany</td>
			<td style="width:421px;">HLD4506</td>
			<td>Heating agent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">CDI spectrometer</td>
			<td style="width:281px;">CDI</td>
			<td style="width:421px;">Optical Spectrograph card, 256 channels</td>
			<td>Multi-wavelength spectro-pyrometer array&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Ar+ laser</td>
			<td style="width:281px;">Ion Laser Technology</td>
			<td style="width:421px;">5500A-00</td>
			<td>0.75 W RLS laser</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Oscilloscope NICOLET</td>
			<td style="width:281px;">NICOLET, Madison, Wi, USA</td>
			<td style="width:421px;">Pro 44C Transient Digitizer</td>
			<td>AD converter, data acquisition system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">SETNAG Oxygen analyser</td>
			<td style="width:281px;">SETNAG, Marseille, France</td>
			<td style="width:421px;">JC24V-M</td>
			<td>ZrO2 electrochemical cell for oxygen analysis in the autoclave</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Blackbody source</td>
			<td style="width:281px;">POLYTECH CI Waldbronn, Germany</td>
			<td style="width:421px;">Customized</td>
			<td>Black body source for spectro-pyrometer calibration</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:299px;">Standard calibration lamps</td>
			<td style="width:281px;">POLARON, Watford, UK</td>
			<td style="width:421px;">P.224c and P213c</td>
			<td>Lamps for pyrometer and spectro-pyrometer calibration</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

laser-heating and radiance spectrometry for the study of nuclear materials in conditions simulating a nuclear power plant accident

체르노빌 (전 소련, 1986)와 후쿠시마 (일본, 2011) 중요 하 고 심각한 사고에서 3 마일 섬 (미국, 1979), 원자력 발전소 (Npp), 세 번을 생겼다. 원인, 역학, 그리고 이러한 사고의 결과 대 한 연구 몇 실험실에서 지난 3 년간 전세계에서 수행 되었습니다. 이러한 연구 활동의 일반적인 목표는: 사고, 기존 및 잠재적인 새로운 원자력 발전소에 모두의 이러한 종류의 방지 그들의 최종 결과;의 최소화 그리고 궁극적으로, 실제 위험에 대 한 전체 이해 안전성 연결. 초우라늄 원소를 위한 유럽 위원회 공동 연구 센터의 연구소에서 레이저-난방 및 빠른 빛 spectro pyrometry 시설은 시뮬레이션에 사용 되는 실험실, 작은 규모에 NPP 코어 붕괴, 심각한의 가장 일반적인 종류의 사고 (SA) 원자로 냉각 시스템의 실패 때문에 발생할 수 있습니다. 이 시뮬레이션 도구 플루토늄 등 사소한 악티늄족 포함 된 분열 연료 샘플 진짜 핵 자료에 신속 하 고 효과적인 높은 온도 측정을 허용합니다. 이 점에서 그리고 많은 양의 데이터에 관한 극단적인 조건 하에서 재료를 생산 하는 기능, 현재 실험 방법은 확실히 독특한입니다. NPP의 현재와 미래의 개념에 대 한 결과 예 몇 가지 다른 유형의 핵 연료의 용융 행동에 제공 됩니다: 우라늄-플루토늄 산화물, 탄 화물, 질 화물. 봉쇄 재료로 산화 연료의 높은-온도 상호 작용에 결과 또한 간략하게 표시 됩니다.

그림 3 다양 한 산화 수준의 이산화 우라늄에 측정 하는 실제 온도 thermograms 표시 (UO2 + x 0 &#60; x &#60; 0.21)2. 이산화 우라늄은 현재 안전성에 가장 일반적인 연료의 필수 요소입니다. 다양 한 산소 하이퍼 산출할 수준의 그것의 산화는 정상과 비정상 반응 조건12에서 발생할 수 있습니다. 현재 방법으로 보였다는 UO2 산화 용융/응고 포인트의 극적인 감소 귀 착될 수 있다 최대 700 케이 의해 이 경우에, 실험 (그는 10 MPa) 보다 높은 불활성 가스 압력에서 높은 온도에서 높은 비 합동 증발을 억제 하기 위해 실시 했다.
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig3.jpg"> 
그림 3: Thermograms는 레이저가 열 화학 량 론 그리고 hyperstoichiometric 이산화 우라늄 샘플 ( 2) 후 측정. 예를 들어 더블 펄스 레이저 프로 파일 그래프에 표시 됩니다. Thermograms 여러 UO2 + x 작곡에 대 한 기록 됩니다. 응고 체포 크게 다른 온도에 녹는/냉동 온도 및 응고 역학의 진화 U O 시스템 공개 샘플 구성에 따라 다른 기능을 발생 합니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
그림 4는 고온 (직선) 계 및 spectro 고온 계 thermograms 플루토늄이 산화물 샘플 레이저 (0.3 MPa에서 압축 공기) 산화 분위기에서가 열에 기록. 또한, PuO2 는 필수적인 핵 연료 구성 요소입니다. 같은 그림에서 두 개의 빛 스펙트럼 spectro 고온 계 다른 온도에 의해 측정 인세트 커브 피팅 실험 데이터와 해당 하는 T 와 ελ 값 함께에서 표시 됩니다. 현재 연구 감사 PuO2 녹는 동결 온도 3,017 K ± 28 K, 300 K 보다 더 높은 이전 보다 전통적인 난방 방법으로 표시 된 재평가 했다. 그 방법을 결과 샘플 및 포함, 현재 원격 난방 방식으로 크게 해결 되었습니다 문제 간의 광범위 한 높은 온도 상호 작용에 의해 확실히 영향을 굴복.
<img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig4.jpg"> 
그림 4: Thermograms 융 점 넘어 온수 플루토늄 산화물 샘플 레이저 측정. 기본 그래프: 검은 실선 및 전체 블랙 서클 대표 thermograms 기록한 산화 분위기 아래 PuO2 샘플에 빠른 고온 계 및 다중 파장 spectro-고온 계, 각각. 흰 동그라미 피팅 플랑크의 생기 법12실험적인 생기 데이터에 의해 얻은 스펙트럼 emittance 값을 나타냅니다. 2 인세트 예제 스펙트럼 기록 (검은 동그라미)를 표시 하며 (빨간 실선) 액체 및 동결 PuO2, 각각, 회색 체 가정 내에서. 이러한 플롯에 래 디 언스 Lλ 첫 번째 방사선 상수 c1 편의 위해 정규화 됩니다. 주요 열상 0.83의 평균 일정 emittance를 사용 하 여 얻은 했다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
그림 5에서는 UO2 와 다른 분위기에서 ZrO2 의 혼합물에서 수행 레이저 열 펄스의 시리즈. 이 테스트 조건에는 NPP에 실수로 온도 소풍의 경우 생성 될 수 있습니다의 대표 이다. 용융/응고 점 실험 아르곤에서 실시 하는 경우 연속 촬영을 통해 잘 반복 온도에서 발생 합니다. 다른 한편으로, 용융/응고 온도 압축 공기에서 레이저-난방 사이클을 수행 레이저 샷 이상 감소. 이 후자의 경우에,을 보여줍니다 샘플 되 면 점점 레이저 열 치료 동안 산화 된다. 또한, 혼합된 UO2-ZrO2 산화물의 경우 녹는점 우울증 산소 하이퍼 산출할 조건에서 발생합니다.
<img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig5.jpg"> 
그림 5: Thermograms 가압된 아르곤 및 공기 혼합된 UO2-ZrO2 샘플 측정. 용융/응고 점 실험 아르곤 (검은 thermograms)에서 실시 하는 경우 연속 촬영을 통해 잘 반복 온도에서 발생 합니다. 다른 한편으로, 용융/응고 온도 레이저 난방 사이클을 압축 공기 (녹색 thermograms)에서 수행 레이저 샷 이상 감소. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
더 보기는 소재, 우라늄 dicarbide의 다른 종류를 염려 한다. 이것은 잠재적으로 더 높은 온도에서 작동 하 고 상당히 붕괴 사고의 위험을 감소, 핵 연료의 대체 개념에 대 한 가능한 소재로 상상 된다. 탄소 (명목상 UC2.8)의 큰 과잉을 포함 하는 새로운 구성 현재 접근14와 함께 처음으로 조사 되었다. 이 경우 UC2-C 공 융 온도, 27,37 K ± 20 K에 설립 2,050 K ± 20 K. 고정 큐빅 정방 (α→β) 고체 전환 함께 래 디 언스 참조로 사용 되었다 최대 0.7 650에 증가를 탄소 풍부한 화합물의 NSE 측정 되었다 nm, ελ = 0.53 값 순수한 우라늄 dicarbide 공 융의 한계에 대 한 설립 되었습니다 반면. 이 증가의 과잉 탄소 demixing에 비추어 분석 되었고 liquidus 온도 (3,220 ± UC2.8에 대 한 50 K)의 결정에 대 한 사용. 큐빅 정방 전환에 의해 육성도 빠른 고체 확산으로 인해 실내 온도에 냉각 후 플레이트 공 융 구조의 명백한 흔적을 관찰 수 있었다. 공 융 표면 C/UC2-x 구성 수 질적, 하지만 지속적으로, 다음 기록 된 빛 스펙트럼의 도움으로 냉각 과정 그림 6에서와 같이 a와 b.흥미롭게도, 현재 NSE 분석, 액체 단계에서 외부 액체 표면 거의 전적으로 우라늄 dicarbide의 구성 했다, 반면 그것 있어 빠르게 농축 동결 시 demixed 탄소에 보여주었다. Demixed 탄소 추가 냉각 하는 동안 내부 대량으로 신속 하 게 마이그레이션할 것 같았다. Α→β 전환에서 우라늄 dicarbide는 다시 전체 외부 표면 거의 다루고 있습니다. 이러한 세부 사항을 매우 높은 온도에 물자의 모든 원자로 노심에서 통제 온도 증가 시 화합물의이 종류의 분석을 위해 필수적입니다. 그들은 그들이 거의 다른 실험 조사 기술에 액세스할 수 있을 것 이라고 하는 반면 빛 분광학 분석, 기초만 추론 했다.
<img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/54807/54807fig6.jpg"> 
그림 6: 열상 및 빛 스펙트럼 가압된 아르곤14UC2.8 샘플 측정. 열상의 냉각 단계)는 UC2.8 샘플에 기록. 전체 동그라미는 빛 스펙트럼 spectro 고온 계에 의해 기록 된 시간 포인트를 식별 합니다. 빛 스펙트럼의 b) 4 예는 다른 온도에 기록. 그림 5a에서 표시 열 체포에 해당 하는 다른 세 동안 그들 중 하나 액체 UC2.8에 기록 되었다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54807/54807fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident at JoVE.com

Laser-heating and Radiance Spectrometry for the Study of Nuclear Materials in Conditions Simulating a Nuclear Power Plant Accident

우리는 진짜 핵 연료 클 래 딩, 실험 제시 하 고 억제 물질이 빛남 분광학 및 열 분석에 의해 그들의 행동을 공부 하는 동안 3000 K 이상 온도에 열 하는 레이저. 이러한 실험 시뮬레이션 실험실 규모, 용암 상 원자로 코어 붕괴 다음의 형성.

레이저 열 및 빛 분석 조건에서 핵 물질의 연구에 대 한 원자력 발전소 사고 시뮬레이션

Major and severe accidents have occurred three times in nuclear power plants (NPPs), at Three Mile Island (USA, 1979), Chernobyl (former USSR, 1986) and ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Radioactivity and Nuclear Chemistry

SCIENTISTS IN ACTION

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry (UPLC-HRMS)

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry UPLC-HRMS

Ultraperformance 액체 크로마토 그래피 고해상도 질량 분석 (UPLC-HRMS)를 사용하여 생물 소스에서 타겟이 불분명 한 대사

Here we present a workflow to analyze the metabolic profiles for biological samples of interest including; cells, serum, or tissue. The sample is first ...

연구

화학

Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of ...

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical (Methylation) and Physical (Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance) Techniques

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical Methylation and Physical Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of ...

Investigations on the Ga(III) Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue

Investigations on the GaIII Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue

EOB-DTPA와의 조지아 (III) 단지에 대한 조사 그것<sup&gt; (68)</sup&gt; 조지아 방사성 표지 된 아날로그

We demonstrate a method for the isolation of EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris(carboxymethyl)-4-(ethoxybenzyl)-undecanedioic acid) from its Gd(III) ...

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

제자리에서 검색 및 핵 현미경 분석을 사용 하 여 금속 산화물 나노 입자의 단일 셀 정량화

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. ...

Synthesis of High Purity Nonsymmetric Dialkylphosphinic Acid Extractants

고 순도 Nonsymmetric Dialkylphosphinic 산 Extractants의 합성

We present the synthesis of (2,3-dimethylbutyl)(2,4,4&#39;-trimethylpentyl)phosphinic acid as an example to demonstrate a method for the synthesis of high ...

Chemical Synthesis of Porous Barium Titanate Thin Film and Thermal Stabilization of Ferroelectric Phase by Porosity-Induced Strain

바 륨 다공성 타이타늄 박막 및 다공성 유도 된 긴장에 의해 Ferroelectric 단계의 열 안정화의 화학 합성

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its ...

Automated 90Sr Separation and Preconcentration in a Lab-on-Valve System at Ppq Level

Automated 90Sr Separation and Preconcentration in a Lab-on-Valve System at Ppq Level

자동화 된 90Sr 분리 및 Ppq 수준에서 실험실에 밸브 시스템 Preconcentration

A quick, automated and portable system for the separation and determination of radiostrontium in aqueous samples, using Sr-resin and multi sequential flow ...

Spatiotemporally Controlled Nuclear Translocation of Guests in Living Cells Using Caged Molecular Glues as Photoactivatable Tags

Photoactivatable 태그 갇힌된 분자 접착제를 사용 하 여 살아있는 세포에서 핵 전 좌 spatiotemporally 제어

The cell nucleus is one of the most important organelles as a subcellular drug-delivery target, since modulation of gene replication and expression is ...

U2O5 Film Preparation via UO2 Deposition by Direct Current Sputtering and Successive Oxidation and Reduction with Atomic Oxygen and Atomic Hydrogen

U2O5 Film Preparation via UO2 Deposition by Direct Current Sputtering and Successive Oxidation and Reduction with Atomic Oxygen and Atomic Hydrogen

UO2 증 착 직류 스퍼터 링 및 연속 산화와 산소 원자와 원자 수소 감소를 통해 U2O5 영화 준비

We describe a method to produce U2O5 films in situ using the Labstation, a modular machine developed at JRC Karlsruhe. The Labstation, an essential part ...